LE TREUT Herve

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La carte auto-organisée (SOM) est utilisée pour simuler les précipitations journalières estivales sur le bassin du fleuve Yangtze-Huaihe en Chine orientale, y compris les projections futures. SOM montre de bons comportements en termes de distribution de probabilité des précipitations quotidiennes et de distribution spatiale des indices de précipitations, ainsi que de cohérence des simulations multimodèles. Dans le cadre du scénario RCP4.5, les précipitations quotidiennes sur la plupart des sites (63 %) devraient évoluer vers des valeurs plus importantes. Au début du XXIe siècle (2016-2035), les précipitations augmentent dans le bassin central, mais diminuent sur le cours moyen du fleuve Yangtze ainsi que dans une partie de sa zone sud-est. Pour la fin du XXIe siècle (2081-2100), les précipitations moyennes et les indices extrêmes connaissent une augmentation générale, sauf dans quelques stations du sud-est. Les précipitations totales dans le cours inférieur du fleuve Yangtze et dans sa zone sud devraient augmenter de 7% à 1,5°C de réchauffement global à 11% à 2°C, tandis que l'augmentation de l'intensité est plus significative dans les sites du sud et de l'ouest du domaine. Un clustering permet de regrouper tous les nœuds SOM en quatre régimes distincts. Ces régimes synoptiques régionaux présentent une stabilité remarquable pour le climat futur. L'intensification globale des précipitations dans le climat futur est liée à l'augmentation de la fréquence d'occurrence d'un régime humide qui rapproche longitudinalement l'anticyclone d'Asie du Sud (étendu vers l'est) et l'anticyclone subtropical du Pacifique occidental (étendu vers l'ouest), ainsi qu'à la réduction d'un régime sec qui éloigne les deux centres d'action atmosphériques.

Ne pas laisser la planète se réchauffer à un niveau qui dépasse de plus de 1, 5 la valeur qui était celle de la période préindustrielle, est impératif si l’on s’en tient aux risques qui pèsent sur les territoires les plus vulnérables. Mais la possibilité d’y parvenir est considérablement plus restreinte qu’elle ne l’était il y a 30 ans, juste avant le sommet de la Terre de Rio en 1992. Les émissions de CO étaient alors de 5 à 6 milliards de tonnes de carbone par an — elles ont doublé depuis cette date. De fait, nous avons déjà considérablement engagé le futur, comme en témoignent des phénomènes tels que la fonte des glaciers et de la banquise, le réchauffement en profondeur des océans, ou l’évolution des écosystèmes. La situation est plus grave encore, si l’on se réfère au futur proche : le réchauffement des quelques prochaines décennies est déjà fortement contraint par les émissions passées et le mélange rapide des gaz à effet de serre par la circulation atmosphérique en fait un problème mondial grandissant qui s’impose à tous. Nous avons de moins en moins la possibilité de modifier significativement l’évolution climatique locale au travers de nos propres actions. Il est donc nécessaire de s’adapter progressivement à des évolutions qui relèvent à la fois de la part déjà irrémédiable des changements à venir et des retards ou échecs des actions internationales. Les territoires ont, dans ce cadre, un rôle privilégié à jouer. C’est, en effet, à leur échelle que se développent les impacts majeurs des changements climatiques et que se fait une grande part des émissions de gaz à effet de serre. C’est donc à ce niveau que devront s’élaborer des stratégies de co-bénéfice entre atténuation et adaptation au changement climatique. Et c’est donc aussi là que devront se définir des arbitrages entre différents usages des sols, différentes stratégies de protection de la biodiversité, ou différentes gestions de zones vulnérables, telles les villes, les montagnes ou les littoraux. Ceci impose aussi une connaissance approfondie et pluridisciplinaire de ces territoires qui sont tous différents les uns des autres. L’exemple de la Nouvelle-Aquitaine, au sein de laquelle le projet Acclimaterra a mis en œuvre une série très large de visites régionales (http://www.acclimaterra.fr) montre qu’il est nécessaire de prendre la mesure des évolutions en cours, à la fois en écoutant l’expression des divers impératifs sociaux et en facilitant la prise de décisions de l’ensemble des acteurs régionaux par une « mise en récit » du diagnostic scientifique. Le projet Acclimaterra a aussi été matérialisé par la production de deux rapports qui ont rassemblé 400 scientifiques et ont été publiés sous la forme de livres soigneusement édités pour permettre d’atteindre le grand public. Ce travail a montré que les régions, en profitant du lien qui les unit à leur population, peuvent ainsi constituer un lien important d’innovation et de réflexion et apporter des éléments de solution importants au problème climatique.

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Les résultats de la sixième phase du projet de comparaison de modèles couplés (CMIP) sont en cours d'analyse et serviront de base au sixième rapport d'évaluation du GIEC. Depuis sa création au milieu des années 1990, le CMIP a eu une influence croissante sur la recherche climatique. Si le principe qui le sous-tend est toujours resté le même - comparer différents modèles climatiques dans des conditions similaires - sa conception et ses motivations ont considérablement évolué au fil des phases du projet. Cette évolution est étroitement liée à celle du GIEC, puisque, historiquement comme aujourd'hui, les résultats du CMIP ont joué un rôle majeur dans les rapports du panel. Ce rôle a augmenté la visibilité du CMIP - au fil du temps, de plus en plus de personnes ont commencé à s'intéresser au CMIP et à analyser ses résultats. Malgré ce succès, la façon dont le CMIP est utilisé aujourd'hui soulève des questions méthodologiques. En effet, le CMIP a encouragé une façon particulière de faire de la recherche climatique, centrée sur un seul outil, les modèles globaux couplés (MCG), et créant un fossé entre les développeurs et les utilisateurs de modèles. En raison des débats concernant l'interprétation des ensembles multimodèles et la validation des MCG, on peut se demander si l'accent mis sur cette façon particulière d'étudier le climat sert les progrès de la science climatique.

L'imbrication d'un MCR (modèle climatique régional) dans un MCG (modèle climatique global) est généralement réalisée par une relaxation appliquée aux frontières du MCR. Cette procédure, qui consiste à utiliser le MCG comme moteur pour pousser le MCR, peut produire des détériorations et des biais climatiques. Le présent travail élabore un protocole idéalisé pour évaluer l'incertitude et la performance de la procédure d'imbrication à la fois pour le climat moyen à long terme (illustré ici pour les dérives T2m moyennes saisonnières) et la concomitance des séquences synoptiques entre le MCR et le MCG.

L'ajustement quantile-quantile (QQadj), la correspondance CDF équidistante (EDCDF) et la transformation CDF (CDF-t) sont appliqués à cinq ensembles de données de précipitations quotidiennes sur la Chine produites par LMDZ4-régional qui a été imbriqué dans cinq modèles climatiques globaux (GCM), BCC-CSM1-1m, CNRM-CM5, FGOALS-g2, IPSL-CM5A-MR et MPI-ESM-MR, respectivement. Un cadre mathématique unifié peut être utilisé pour définir les quatre méthodes de correction des biais, ce qui permet de comprendre leurs natures et leurs essences pour identifier les distributions de probabilité les plus fiables du climat projeté. La méthode CDF-t s'avère être la meilleure méthode de correction du biais sur la base d'une évaluation complète de différents indices de précipitations. Les méthodes de correction des biais ont permis d'obtenir des projections de précipitations futures correspondant à des niveaux de réchauffement global de 1,5°C et 2°C dans le cadre du RCP8.5. Les caractéristiques des ensembles multi-méthodes et multi-modèles permettent d'explorer la dispersion des projections, considérée comme un substitut de l'incertitude des projections climatiques, et d'attribuer ces incertitudes à différentes sources. On constate que la dispersion entre les méthodes de correction des biais est plus faible que celle entre les simulations de réduction d'échelle dynamique. Les quatre méthodes de correction des biais, avec CDF-t en tête, réduisent toutes l'écart entre les résultats de la réduction d'échelle. Les projections futures utilisant CDF-t sont donc considérées comme plus crédibles.

Quel sera l’impact du changement climatique à l’échelle de l’Aquitaine ? Comment se traduirait un réchauffement global de plusieurs degrés sur ses paysages et ses ressources ? Quelles seraient les perspectives d’adaptation du milieu et des Hommes ? Ce sont les questions auxquelles tente de répondre le travail dirigé par Hervé Le Treut, climatologue, membre de l'Académie des Sciences et expert auprès du GIEC (Groupe Intergouvememental d'experts sur l’Évolution du Climat) en s'appuyant sur la collaboration de plus de 150 chercheurs, toutes disciplines confondues. Les auteurs réfléchissent au devenir de l'Aquitaine, à sa vulnérabilité face au changement climatique, en envisageant les conséquences probables sur l'économie (agriculture, viticulture, forêts.), le paysage (littoral, montagne, estuaires, forêts.) et la population. À travers le territoire aquitain, cet ouvrage décline les principaux enjeux auxquels il convient dès maintenant de faire face. Richement illustré et accessible à tous, ce livre donne une vision d'ensemble, mais ancrée localement, des impacts relatifs au changement climatique et préconise des solutions, des pistes à privilégier pour que les sociétés aquitaines puissent s'adapter à ces modifications.

Les contributions déterminées au niveau national (CDN), soumises par les parties à la convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC) avant et après la 21e conférence des parties (COP21), résument les objectifs nationaux de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) pour l'horizon 2025-2030. En l'absence, pour l'instant, de lignes directrices détaillées pour le format des CDN, des données auxiliaires sont nécessaires pour interpréter certains CDN et projeter les émissions de GES en 2030. Nous présentons ici une analyse des sources d'incertitude et de leurs impacts sur les émissions mondiales de GES en 2030, sur la base de la seule et entière réalisation des NDC. Nous estimons que les NDCs projettent des émissions de 56,8 à 66,5 Gt CO2eq an-1 en 2030 (intervalle de confiance de 90%), ce qui est plus élevé que les estimations précédentes, et avec une plus grande plage d'incertitude. Malgré ces incertitudes, les NDC déplacent fortement les émissions de GES vers les pays émergents et en développement et réduisent les inégalités internationales en matière d'émissions de GES par habitant. Enfin, nous soulignons que les NDC actuels impliquent des taux de réduction des émissions plus importants après 2030 que pendant la période 2010-2030 si l'on veut atteindre les objectifs de température à long terme. Nos résultats mettent en évidence quatre exigences pour le futur "régime climatique" : un cadre plus clair concernant la conception des futurs CDN, une participation accrue des pays émergents et en développement à l'effort mondial d'atténuation, un mécanisme de mise à jour ambitieux afin d'éviter des taux de décarbonisation difficilement réalisables après 2030 et une anticipation des fortes diminutions des émissions mondiales après 2030.

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Ce manuscrit de thèse rapporte quelques études méthodologiques sur la régionalisation du climat par l’approche dynamique. Le domaine géographique couvre une large zone allant du milieu de l’Atlantique Nord à l’Europe de l’Est, et du Sahel à l’Arctique. La quête à tout prix d’une amélioration du climat régional n’est pas au cœur du manuscrit. Pourtant, l’accent est mis sur trois points clefs, généralement rencontrés par toutes tentatives de régionalisation du climat. Le premier point concerne le schéma d’imbrication : imbrication du sens unidirectionnel du GCM vers le RCM (one-way nesting, OWN) ou bidirectionnelle entre le GCM et le RCM (two-way nesting, TWN). Le deuxième point examine la réalisation technique d’imbrication, qui est généralement une opération de relaxation newtonienne ajoutée aux équations pronostiques du modèle. Le troisième point est sur l’effet du raffinement de maille dans le RCM. L’esprit général du manuscrit consiste à conceptualiser et réaliser des simulations numériques pour traiter ces trois points avec astuces afin de les isoler et quantifier. Le modèle de circulation générale LMDZ est utilisé pour l’ensemble des expériences. Il joue à la fois le rôle du GCM et celui du RCM. Dans les deux cas, il conserve strictement ses paramétrisations physique et sa configuration dynamique, ainsi que tous les forçages ou paramètres externes. La stratégie d’expérimentation, qualifiée comme Master versus Slave, consiste à réaliser des simulations sous deux protocoles reliés l’un et l’autre : « DS-300-to-300 » désigne Downscaling du GCM à 300 km de résolution horizontale au RCM qui est identique au GCM, aussi à 300 km de résolution spatiale . « DS-300-to-100 » désigne Downscaling de 300 km (GCM) à 100 km (RCM). Il est clair que « DS-300-to-300 » est un cadre idéalisé, particulièrement approprié pour évaluer l’effet de l’opération de relaxation. Le protocole « DS-300-to-100 », soustrait du « DS-300-to-300 », permet d’évaluer très précisément l’effet de la résolution du RCM augmentée. Dans chaque protocole, deux schémas de communication entre le RCM et le GCM ont été implémentés, l’un (OWN) est la méthodologie classique du sens unique qui consiste à piloter le RCM par les sorties du GCM, l’autre (TWN) est d’établir un échange mutuel entre les deux modèles. Le climat régional est sensible au choix des schémas de communication entre le RCM et le GCM, surtout aux moyennes latitudes. TWN apporte une nette amélioration sur la représentation des informations frontalières. Au niveau des modes régionaux de circulation atmosphérique, exprimés en structures d’EOF, OWN et TWN sont tous deux capables de les reproduire, mais avec de légères déformations dans l’espace. La relaxation newtonienne, largement utilisée dans la régionalisation du climat, permet au RCM de bien suivre la trajectoire synoptique du GCM. Pourtant, la concomitance temporelle et la ressemblance spatiale sont dépendantes des variables considérées, des saisons, des régimes de temps, et des échelles spatio-temporelles de circulations atmosphériques. Des cas de dé-corrélation sont remarquables quand la circulation dominante de la région est de petites échelles. Le raffinement de maille augmente la liberté du RCM à développer sa dynamique interne, surtout aux petites échelles, mais aussi à l’ensemble du spectre de la circulation à travers l’interaction des échelles. Ainsi le RCM devient plus indépendant et s’écarte davantage du GCM. Cette thèse, autour des aspects méthodologiques de la régionalisation du climat, aide à avoir une meilleure compréhension sur la pratique. Elle adresse aussi un message de précaution à la communauté RCM et l’invite à bien vérifier leur méthodologie de régionalisation.

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Présentation du travail de thèse des lauréats par un chercheur "aîné", puis par le lauréat. Les sujets traités sont divers : les neiges du plateau Antarctique (physique du climat), la mécanique de la cellule (biologie), la lutte contre les maladies infectieuses (génétique), le cerveau dans l'interface homme machine (informatique) et l'aléatoire (mathématiques).

Dans ce document, nous analysons les lacunes de la recherche et identifions de nouvelles directions de recherche en relation avec un certain nombre de facettes de l'Accord de Paris, y compris le nouvel objectif de 1,5 °C, l'articulation entre les voies d'atténuation à court et à long terme, les émissions négatives, la vérification, le financement climatique, les parties prenantes non-Parties et l'adaptation.

La 4e de couverture indique : " Le réchauffement de la planète est une réalité aujourd'hui identifiée comme majeure pour la population de la Terre. Il apparaît deux raisons impératives de modifier nos façons de vivre : limiter le réchauffement de l'atmosphère et nous adapter aux changements climatiques inéluctables. Pour cela, il convient de comprendre les causes de ce changement climatique qui sont complexes : de l'intensité du rayonnement solaire, liée à des variations astronomiques de long terme, aux émissions gazeuses dans l'atmosphère, d'origines naturelles (volcans) ou anthropiques (industrie, transports). Il faut ensuite comprendre comment ces facteurs modifient le climat, prévoir les évolutions, anticiper les changements pour tenter de parer aux principaux dommages. Les gaz envoyés dans l'atmosphère créent, par une chimie complexe, des aérosols qui modifient l'intensité du rayonnement solaire, ou, à l'instar du gaz carbonique, inhibent l'évacuation de l'énergie de la Terre par effet de serre. Par des mécanismes chimiques complexes, le réchauffement touche la vie sur Terre : végétale ou animale, terrestre ou marine, bref tout ce qui fait l'environnement de l'homme et doit être compris et anticipé. Pour s'adapter à ces changements vitaux inéluctables, la chimie a mobilisé ses compétences. Puisque les « énergies renouvelables » sont intermittentes, la chimie fournit les moyens de la stocker (nouvelles batteries.) . puisque les transports doivent épargner le pétrole, elle propose d'autres carburants (hydrogène, biocarburants) . elle développe de nouveaux matériaux pour des véhicules plus légers et moins gourmands . elle propose d'utiliser le gaz carbonique comme matière première pour une nouvelle chimie organique ou pour élever des microalgues qui pourront fournir elles-mêmes d'intéressants biocarburants. Ces recherches de compréhension et d'innovations sont exposées dans ce livre par des professionnels de haut niveau, actifs sur ces sujets dans l'industrie ou la recherche publique. Sa lecture facilite la compréhension de ces changements considérables que nous sommes en train de vivre.".

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Étant donné que la limitation du réchauffement climatique à moins de 2°C implique un budget de CO2 à ne pas dépasser et des émissions quasi nulles d'ici à 2100 (GIEC), nous pouvons évaluer les émissions mondiales de gaz à effet de serre en 2030 impliquées par les INDC par rapport aux trajectoires à long terme. En amont de la COP21, nous estimons que les INDC soumis amèneraient les émissions mondiales de gaz à effet de serre dans une fourchette de 55 à 64 GtC02eq en 2030. Dans cette hypothèse, les émissions mondiales en 2030 sont donc plus élevées que le niveau de 51 GtC0 2eq pour l'année 2012. Toutefois, cela n'est pas en contradiction avec un pic des émissions mondiales qui ne peut être attendu qu'après 2020, compte tenu notamment de la dynamique prévue des émissions en Chine et dans d'autres pays en développement. Les INDC publiés représentent un pas significatif vers des trajectoires compatibles avec l'objectif des 2°C, mais restent insuffisants pour rejoindre des trajectoires présentant une probabilité raisonnable de succès. lAfin d'augmenter les chances d'atteindre l'objectif des 2°C, l'ambition des contributions à court terme doit être renforcée dans les négociations futures. lAfin de maintenir un rythme élevé de réduction des émissions après 2030, des mesures structurelles sont également nécessaires, qui, pour avoir un impact rapi, doivent être préparées le plus tôt possible. Des efforts continus sont nécessaires pour accélérer le développement de solutions à faible émission de carbone, d'une part, et pour démontrer la faisabilité des émissions négatives, d'autre part.

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Hervé Le Treut, climatologue français et membre du Groupement International d’Experts sur le Climat (GIEC), a donné une conférence sur le thème de la modélisation du climat. Depuis janvier 2009, il dirige l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), fédération qui coordonne les travaux de neuf laboratoires de recherche en région parisienne.Dès le début de son exposé, Hervé Le Treut nous explique en quoi les enjeux associés au changement climatique évoluent : du fait du dépassement de certaines dates clés et du franchissement de seuils critiques, les échéances — autrefois lointaines et floues — se précisent et se rapprochent. Après avoir illustré cet état de fait sur des schémas qui précisent les échelles de temps associées, l'orateur présente les différents éléments nécessaires à la modélisation du climat, en distinguant ce que l’on sait dire à coup sûr de ce qui relève des incertitudes, puis il évoque les risques futurs.Cette conférence, donnée le 18 juin 2015 à l’occasion des journées scientifiques Inria, devant un public essentiellement composé de chercheurs, se termine par une invitation adressée à tous les citoyens. Hervé Le Treut suggère à tout un chacun de s’intéresser à l’évolution du climat à l’échelle du territoire, afin de permettre une observation plus concrète et une meilleure prise de conscience.

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Cet essai porte sur les « pratiques technologiques » de collecte, production, stockage, dissémination et utilisation des données satellitales appliquées aux sciences de la Terre en France. Par la description d'un processus de « conciliation-normalisation », nous étudions les efforts engagés par les promoteurs des technologies spatiales (au CNES, au CNRS et dans les universités) pour enrôler une large communauté scientifique dans l'exécution des expériences spatiales, et notamment pour attirer des chercheurs issus de divers domaines des sciences de la Terre. D'un côté, les technologies spatiales doivent s'adapter aux pratiques et représentations de ces disciplines. de l'autre, l'appropriation des données satellitales demande aux chercheurs un apprentissage, car les types de données sont étrangers à leur expertise. C'est pendant ce processus, ayant lieu entre 1980 et 2000, que des objets de recherche, des outils et des méthodes, ainsi que des communautés scientifiques se sont forgées, des communautés partageant la croyance que les données satellitales (sous plusieurs formes) sont des outils pertinents pour l'investigation scientifique. Notre étude de cas s'intéresse au traitement des données du radiomètre POLDER. La configuration socio-technique enjeu, empruntée à la NASA, opère un certain nombre de cadrages. Elle donne une place dominante aux données et aux processus ayant une signification géophysique explicite, par rapport à d'autres types de variables. Elle met en avant une communauté épistémique spécifique. Elle privilégie certaines pratiques technologiques, ainsi que des formes particulières de production, de stockage et de livraison de données. Elle influe également l'architecture et la planification des missions. Finalement, cette dynamique oriente les modes d'usage des données et les rend difficilement utilisables par d'autres chercheurs. Nous avons ainsi analysé le cas spécifique de certains modélisateurs du climat dont les travaux nécessitent des données produites suivant d'autres figurations, parfois opposées à la « norme ».

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Des études récentes ont montré que le réchauffement climatique et les changements associés de la température de surface de la mer (TSM) peuvent déclencher une importante augmentation des précipitations dans le sud-est de l'Amérique du Sud (SESA) pendant l'été austral (décembre-janvier-février, DJF). L'objectif de cet article est de donner un aperçu des processus qui peuvent lier les changements globaux et ceux du SESA. À cette fin, un système d'"imbrication bidirectionnelle" couplant de manière interactive les versions régionale et globale du modèle atmosphérique LMDZ4 est utilisé pour étudier la réponse aux changements prescrits de la TSM. Le modèle régional est une version à grille variable du modèle global, avec un zoom centré sur l'Amérique du Sud. Un ensemble de simulations forcées par des modèles distincts de changements de TSM DJF a été réalisé en utilisant une décomposition des changements de TSM complets en leurs composantes longitudinales et latitudinales. Les changements complets de la TSM sont basés sur les projections pour la fin du vingt-et-unième siècle d'un ensemble multi-modèle du WCRP/CMIP3. Les résultats confirment la présence d'une structure majeure de dipôle de précipitations, caractérisée par une augmentation dans la SESA et une diminution dans la région de la zone de convergence de l'Atlantique Sud. Les changements de précipitations trouvés dans les modèles WCRP/CMIP3 sont largement expliqués comme une réponse de cette structure dipôle à la composante zonale-asymétrique (ou longitudinale) des changements de SST. La réponse des précipitations aux changements de TSM zonaux-moyens (ou latitudinaux) (y compris le signal de réchauffement global lui-même) montre une contribution opposée. Les processus expliquant le rôle des changements zonaux-asymétriques de la TSM impliquent des effets à distance du réchauffement de la TSM sur les océans indien et pacifique équatoriaux induisant un train d'ondes atmosphériques étendu à travers le Pacifique Sud jusqu'en Amérique du Sud. 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

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La variabilité du temps hivernal sur la Méditerranée est étudiée en relation avec les régimes météorologiques (WRs) dominants sur la région. En utilisant les hauteurs géopotentielles quotidiennes à 700 hPa du projet de réanalyse ERA40 du CEPMMT et l'analyse par grappes, quatre régimes météorologiques sont identifiés, par ordre croissant de fréquence d'occurrence, comme cyclonique (22,0 %), zonal (24,8 %), méridional (25,2 %) et anticyclonique (28,0 %). Le climat de surface, la distribution des nuages et les schémas de rayonnement associés à ces WRs hivernaux sont déduits de données satellitaires (ISCCP) et d'autres données d'observation (E-OBS, ERA40). Le modèle climatique régional atmosphère-océan LMDz est capable de simuler avec succès les quatre mêmes régimes météorologiques méditerranéens et de reproduire les conditions de surface et atmosphériques associées pour le climat actuel (1961-1990). Les calculs basés sur les observations et sur le modèle LMDz montrent que les quatre régimes météorologiques méditerranéens contrôlent les conditions météorologiques et climatiques de la région pendant l'hiver, avec des différences significatives entre eux en ce qui concerne la température, les précipitations, la nébulosité et la distribution des radiations dans la région. Les projections (2021-2050) du temps et du climat méditerranéens en hiver sont obtenues à l'aide du modèle LMDz et analysées par rapport aux changements simulés dans les quatre régimes météorologiques. Selon le scénario d'émission SRES A1B, un réchauffement significatif (entre 2 et 4 °C) est prévu dans la région, ainsi qu'une diminution des précipitations de 10 à 20 % dans le sud de l'Europe, la mer Méditerranée et l'Afrique du Nord, contre une augmentation de 10 % des précipitations dans les zones du nord de l'Europe. Les changements prévus des températures et des précipitations en Méditerranée s'expliquent par les changements prévus par le modèle dans la fréquence d'occurrence ainsi que dans la variabilité intra-saisonnière des régimes météorologiques régionaux. La configuration anticyclonique devrait devenir plus récurrente, contribuant à la diminution des précipitations sur la majeure partie du bassin, tandis que les configurations cyclonique et zonale deviennent plus sporadiques, entraînant un plus grand nombre de jours avec des précipitations inférieures à la normale sur la majeure partie du bassin, et sur la partie orientale de la région, respectivement. Les changements de fréquence et de variabilité intra-saisonnière soulignent l'utilité de la dynamique par rapport aux techniques de réduction d'échelle statistique pour les études sur le changement climatique. 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

La quatrième de couverture indique: "Les impacts du changement climatique en Aquitaine Quel sera l'impact du changement climatique à l'échelle de l'Aquitaine ? Comment se traduirait un réchauffement global de plusieurs degrés sur ses paysages et ses ressources ? Quelles seraient les perspectives d'adaptation du milieu et des Hommes ? Ce sont les questions auxquelles tente de répondre le travail dirigé par Hervé Le Treut, climatologue, membre de l'Académie des Sciences et expert auprès du GIEC (Groupe Intergouvememental d'experts sur l'Évolution du Climat) en s'appuyant sur la collaboration de plus de 150 chercheurs, toutes disciplines confondues. Les auteurs réfléchissent au devenir de l'Aquitaine, à sa vulnérabilité face au changement climatique, en envisageant les conséquences probables sur l'économie (agriculture, viticulture, forêts.), le paysage (littoral, montagne, estuaires, forêts.) et la population. À travers le territoire aquitain, cet ouvrage décline les principaux enjeux auxquels il convient dès maintenant de faire face. Richement illustré et accessible à tous, ce livre donne une yision d'ensemble, mais ancrée localement, des impacts relatifs au changement climatique et préconise des solutions, des pistes à privilégier pour que les sociétés aquitaines puissent s'adapter à ces modifications.".

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Ce chapitre aborde la question du changement climatique du point de vue de ses conséquences et des transformations sociales économiques et politiques qu’il pourrait générer. Les vulnérabilités des sociétés au changement climatique, les capacités d’adaptation à faire émerger, ne pouvant faire l’objet d’une analyse exhaustive, une sélection d’enjeux qui concernent plus particulièrement l’Aquitaine sont abordées : villes et démographie, forêt, littoral, ressource en eau, tourisme.

Etat de l'art concernant les grandes ressources naturelles de la région Aquitaine.

Le Sud-Est de l'Amérique du Sud (SESA) est l'une des rares régions subtropicales où les modèles climatiques du WCRP/CMIP3 projettent une augmentation significative des précipitations en été austral pour la fin du XXIème siècle, dans un scénario de réchauffement climatique. Ce signal est associé à une augmentation de la fréquence des étés identifiés comme des phases positives du mode dominant de la variabilité des précipitations dans la région, ce mode étant défini par des précipitations au-dessus (en-dessous) de la normale dans le SESA (zone de convergence d'Atlantique Sud). Cette tendance est associée à une augmentation de la température de surface de la mer (SST) dans le Pacifique équatorial. Cela est confirmé par des expériences de simulation numérique effectuées avec le système interactif two-way nesting du LMDZ4, qui montrent aussi que l'augmentation projetée des précipitations dans le SESA est associée au signal zonalement asymétrique du réchauffement des SST.

Les variations de la circulation tropicale de grande échelle lors du changement climatique peuvent avoir d'importantes conséquences en terme d'impact sur les activités humaines. Dans un premier temps nous étudions la circulation atmosphérique tropicale méridienne, dans les différents modèles climatiques couplés. Lors du réchauffement climatique, nous trouvons que les circulations méridiennes de Hadley et les jets subtropicaux sont significativement déplacés vers les pôles, et que l'intensité de ces circulations diminue faiblement lors du changement climatique. Dans une seconde partie, des simulations utilisant le GCM LMDZ4 dans différentes configurations, montrent que l'intensité et le déplacement des cellules de Hadley sont reliés au changement uniforme de température de mer mais aussi au changement des gradients méridionaux de température. Enfin, on montre que les changements de circulation de Hadley peuvent alors avoir un impact significatif sur la rétroaction de la vapeur d'eau.

En utilisant un nouveau schéma automatique, les trajectoires des dépressions et des anticyclones synoptiques des moyennes latitudes du Pacifique Nord ont été construites à partir des données de la pression au niveau de la mer journalière (PNM) sur la période 1950-2001 Sur l’Est du Pacifique Nord, la force des anticyclones diminue et leur fréquence devient plus variable, pendant que les dépressions s’intensifient et présentent des trajectoires plus méridionales à partir du milieu des années 70. Ainsi, l’activité dépressionnaire et anticyclonique hivernales sont significativement anti-corrélées. Ces changements de l’activité transitoire se traduisent par des PNM plus faibles au niveau de la dépression des Aléoutiennes, en accord avec la phase positive de l’Oscillation Nord Pacifique, induisant des anomalies positives de la température de surface océanique (TSO) le long de la côte ouest de l’Amérique du Nord et des anomalies négatives de la TSO sur le centre du bassin. Ces conditions sont associées à des températures plus chaudes et plus de précipitations depuis l’Alaska jusqu’au Mexique, ainsi que sur le Sud-Ouest des Etats-Unis. Selon les simulations du Modèle global Couplé du Centre National de Recherches Météorologiques version 3, la fréquence hivernale des dépressions pourrait être significativement réduite dans un contexte de forte augmentation des gaz à effet de serre. Cette modification pourrait être favorable aux conditions anticycloniques sur l’Est, induisant une pondération du réchauffement anthropique le long de la côte ouest nord-américaine et une réduction / augmentation des précipitations sur les régions se situant au sud et au nord de 45°N respectivement.

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Un modele couple simplifie ocean de surface - atmosphere deja existant au lmd a ete adapte ici pour faire un outil strictement comparable au modele couple global de l'ipsl. Une analyse comparee des simulations climatiques conduites avec ces 2 modeles couples ocean-atmosphere paralleles, utilisant le meme modele d'atmosphere, mais des modeles d'ocean de complexite differentes, nous a permis de mettre en evidence des biais systematiques communs, qui par ailleurs sont presents egalement dans d'autres modeles climatiques (kiehl, 1998). Il s'agit d'un refroidissement du bassin pacifique tropical ouest et d'un assechement du pacifique central qui s'accompagne de la penetration d'une langue d'eau froide depuis l'est du bassin. Ce biais se marque aussi par un refroidissement de la haute troposphere tropicale au dessus de 30\ s. Afin de degager le role de l'atmosphere dans la derive thermique tropicale du climat simule, nous avons fait des experiences de sensibilite dont nous pensons qu'elles affectent notablement l'energetique de la haute troposphere. Ces experiences de sensibilite concernent : les nuages hauts de glace, la representation de la convection et le taux d'ozone des hautes couches atmospheriques. Les resultats de ces simulations nous permettent de suggerer que la derive thermique tropicale a la surface de l'ocean est controlee par un desequilibre energetique au sommet de l'atmosphere. La transmission de ces biais a la surface de l'ocean est ensuite faite par les branches de subsidence des cellules de hadley-walker. Cette analyse des retroactions atmospheriques est completee par une etude des transports atmospheriques d'energie (tae). Nous validons les tae simules par le mcga du lmd par rapport aux transports derives des reanalyses de l'ecmwf et nous nous interessons ensuite a la variation de ces transports dans un changement climatique. Pour les differents types d'energie, la reponse du transport atmospherique d'energie a une modification prescrite des temperatures de surface de l'ocean correspondant a un 2co 2 est directement liee au gradient thermique equateur-tropiques. Cependant, les variations des differents termes d'energie se compensent partiellement au niveau du transport d'energie statique humide. L'analyse en terme de divergence du transport atmospherique d'energie permet de quantifier l'importance des retroactions dynamiques par rapport aux retroactions radiatives. Le transport d'energie statique humide varie de 10-20 wm 2 . ces variations sont du meme ordre de grandeur que les variations des flux radiatifs induites a la tropopause dans une experience de 2co 2. Par contre, les variations au niveau des differents types d'energie sont d'un ordre de grandeur plus importantes. Enfin, nous montrons que la composante hydrologique du tae est affectee par la parametrisation du processus de precipitations.

La couverture nuageuse est l'un des parametres majeurs de l'etude du systeme climatique. Le manque de connaissance sur cette couverture nuageuse represente une des incertitudes principales dans la modelisation du climat et la prevision des changements climatiques. En particulier, la repartition verticale des nuages dans l'atmosphere est un facteur determinant du bilan radiatif de la terre. Dans le but d'etudier cette structure verticale, nous utilisons deux jeux de donnees, les observations de surface (donnees warren et al. ) et les observations satellitales (donnees isccp) que nous commencons par comparer. Nous montrons la complementarite de ces deux jeux de donnees. Si une bonne coherence se degage au niveau de la detection de la couverture nuageuse totale, des differences significatives apparaissent lorsque l'on s'attache a un type particulier de nuage (nuages bas par exemple). La validation de la couverture nuageuse simulee par un modele de circulation generale (mcg) devient alors delicate. Compte tenu de la grande heterogeneite de la couverture nuageuse, il est primordial pour valider correctement ses proprietes de ne pas seulement comparer le bilan radiatif moyen simule et observe mais egalement d'avoir acces aux caracteristiques du nuage (pression du sommet, epaisseur optique) determinees a une echelle spatiale inferieure a celle du modele et de les comparer aux memes parametres deduits de l'observation. Une methode de comparaison de la couverture nuageuse simulee par un mcg avec les donnees satellitales isccp a ete developpee. Nous utilisons cette methode pour valider des parametrisations physiques, schema de convection humide et de couche limite, dans un mcg. Toutefois, ce type de comparaison ne permet pas une validation complete de la repartition verticale de la couverture nuageuse. En effet, la climatologie isccp fournit une description en terme de nuages mono-couches radiativement equivalents au sommet de l'atmosphere a la distribution nuageuse reelle. Cette representation, dans le cas de nuages organises en multi-couches ou a fort developpement vertical, est donc non representative de la veritable structure verticale des couches nuageuses. Il s'avere donc important d'ameliorer dans le futur les techniques de mesures et d'envisager d'autres instruments a embarquer dans l'espace pour resoudre en particulier le probleme de detection de systemes nuageux organises en multi-couches. C'est dans cette optique que nous avons cherche a montrer l'interet d'embarquer un lidar a retrodiffusion dans l'espace en le couplant a un instrument de radiometrie passive et a en mesurer les limites. A partir de la couverture nuageuse simulee par le mcg, nous avons effectue des simulations de restitution de cette couverture nuageuse a partir de mesures lidar et radiometriques. Nous avons teste differentes hypotheses sur certains parametres tels que le rapport signal sur bruit et l'echantillonnage afin de determiner les conditions optimales d'utilisation du lidar. Le lidar permettra de mieux etudier la distribution verticale des nuages dans l'atmosphere. Il permettra d'ameliorer la restitution de l'altitude du sommet des nuages semi-transparents tels que les cirrus et de mettre en evidence les systemes multi-couches incluant des cirrus ainsi que les systemes de couverture nuageuse fractionnee.

Le but de cette thèse est l'exploitation d'un modèle couple atmosphère, océan superficiel, glace de mer, pour l'étude des interactions entre l'océan de surface et l'atmosphère. Le modèle couple qui n'avait jamais été testé auparavant est décrit dans une première partie (chapitre 2). Un intérêt particulier est porté au terme qui représente le transport de chaleur par les océans: son impact sur la thermodynamique de l'océan et sur la représentation générale de est analysé (chapitre 3). Le chapitre 4 est consacré à l'analyse des résultats du modèle à l'échelle saisonnière. Le comportement du modèle est satisfaisant et stable dans sa représentation du cycle annuel. Mais il existe des anomalies systématiques. Grâce à des études de sensibilité diverses, l'origine de ces anomalies est mieux cernée. Mais l'intérêt de ces expériences est plus large puisqu'elles permettent de révéler certains facteurs prépondérants du couplage (interaction océan-rayonnement, friction du vent en surface) et de mieux comprendre les interactions entre l'océan de surface (ou la glace de mer) et l'atmosphère. Enfin, le dernier chapitre (chapitre 5) fait l'analyse de la dérive climatique subie par notre modèle. On obtient des résultats originaux, au sens ou on met en évidence une composante lente atmosphérique qui déstabilise le système climatique pendant les cinq premières années de simulation. En particulier, on touche au problème de la représentation des propriétés radiatives des nuages hauts (cirrus) dans la région équatoriale: ces interactions nuage-rayonnement sont des phénomènes cruciaux mais néanmoins peu connus, pour la sensibilité des modèles de climat à des perturbations.

L'estimation de la sensibilite du climat a un forcage naturel ou anthropogenique est liee a notre comprehension des mecanismes qui regulent les echanges radiatifs entre la terre et l'espace. A l'aide d'observations satellitaires erbe (earth radiation budget experiment) et ssm/i (special sensor microwave imager) et de modeles numeriques de simulation du climat (le modele du lmd et le modele arpege developpe par meteo-france), les variations saisonnieres du bilan radiatif terrestre sont analysees et le role respectif de la temperature, de la vapeur d'eau et des nuages dans ces variations est examine. La capacite des modeles de circulation generale a simuler le cycle saisonnier de la vapeur d'eau, des flux radiatifs ciel clair et du forcage radiatif des nuages est evaluee, et les modeles sont utilises en retour pour interpreter certaines caracteristiques observees. Cela permet d'identifier plus precisement les facteurs qui modulent l'effet de serre a l'echelle saisonniere, a l'echelle interannuelle et lors de scenarios de changement climatique. Cette etude montre le role essentiel de la variabilite de la structure verticale atmospherique (en particulier du profil d'humidite relative et du gradient vertical de temperature) dans les variations observables du climat ainsi que dans sa sensibilite globale, et montre la necessite de bien differencier ces effets dans l'analyse de la sensibilite climatique a diverses echelles de temps. Cette etude souligne enfin l'importance de la validation des variations saisonnieres et interannuelles de la structure verticale atmospherique pour l'application des modeles de simulation du climat a des scenarios futurs.

En vue d'etablir le role des retroactions liees a une diminution de la couverture neigeuse dans le contexte d'un rechauffement climatique du aux gaz a effet de serre, une nouvelle parametrisation de l'albedo a ete developpee. Celle-ci, a l'usage d'un modele global de climat, considere les parametres les plus significatifs de la grande variabilite observee, comme la vegetation, l'age de la neige, le taux de renouvellement du manteau neigeux et la fraction de la surface couverte par la neige. Des etudes de sensibilite a cette parametrisation sont realisees en mode saisonnier et perpetuel. Nous etudions les aspects de la reponse du modele concernant a la fois, l'albedo de surface, la temperature du sol, la fraction neigeuse et quelques variables hydrologiques. Pour la validation des resultats du modele du lmd, une climatologie de pourcentage de la couverture neigeuse a ete etablie en utilisant des donnees satellitaires fournies par la noaa. L'impact climatique d'une deforestation boreale a ete egalement analyse sur l'hemisphere nord.

Avec l'intensification des activites humaines, les gaz trace a effet de serre ne cessent de croitre dans l'atmosphere. Cela peut provoquer un echauffement du systeme terrestre et un changement du climat global. La sensibilite du systeme atmospherique en reponse a un forcage exterieur depend evidemment de nombreux processus physiques et dynamiques. Le plus incertain, dans notre etat de connaissance actuel, est peut-etre l'interaction nuage-rayonnement. La these presentee ici etudie la modification de la sensibilite du systeme climatique par cette interaction, a l'aide de deux modeles numeriques: le modele de circulation generale atmospherique du laboratoire de meteorologie dynamique (lmd) et un modele a une seule dimension verticale developpee dans cette these meme.